直驱永磁同步海上风电系统低电压运行技术研究

【摘要】：随着风电装机容量和接入电网规模的不断增大,其影响的区域也逐步扩大到整个电网,使得现有的确定性电力系统演变为随机-确定耦合的复杂电力系统。为了满足电网规程对风电并网提出的要求,采取行之有效的低电压穿越措施,保持风电系统与电网的不间断运行、向电网提供必要的无功支持势在必行。相比双馈式感应风电系统的低电压穿越技术研究而言,专门针对直驱永磁同步风电系统的低电压穿越技术的研究有待进一步深入。有鉴于此,本文主要围绕直驱永磁同步海上风电系统的低电压穿越技术展开研究,主要内容如下： 首先,根据永磁同步风电系统的机械、电气及物理特性,对直驱永磁同步风力发电系统进行模块化建模。其中,详细阐述了a、b、c坐标系和d、q、0坐标系下的永磁同步发电机动态模型和换流器模型的动态建模过程,在此基础上,确定了基于转子磁链定向控制的机侧换流器SPWM控制策略和基于电网电压矢量控制的网侧换流器SPWM控制策略,从而得到适用于低电压运行研究的动态模型。就所建立的永磁同步海上风电系统动态模型在不同工况下进行了仿真验证。 其次,对现行的相关低电压穿越相关标准进行了详细描述。理论分析了电网发生三相对称故障时永磁同步风电系统的运行特性,提出了电网故障下永磁同步风电系统存在的一些问题,并在PSCAD/EMTDC中进行了暂态特性的仿真分析。同时,就一些常见的低电压穿越应对措施进行了对比分析。 再次,针对现有用于直驱永磁同步风电系统的低电压穿越技术的不足,提出了网侧串联动态制动电阻器的永磁同步风电系统的低电压穿越方案。重点分析了网侧串联动态制动电阻器的原理、特性、实现和控制策略。在电网电压发生严重对称电压跌落时,对永磁同步风电系统采用网侧串联动态制动电阻器的保护措施进行了研究。 最后,基于PSCAD/EMTDC软件对永磁同步风电系统网侧串联动态制动电阻器进行了仿真研究。仿真分析结果表明,网侧串联动态制动电阻器能够有效的维持母线电压的稳定和抑制网侧过电流,保障安全不间断运行。同时,通过对网侧换流器的有功和无功的解耦控制,达到了在电网故障期间永磁同步风电系统向电网提供无功支持的目的。研究表明,网侧串联动态制动电阻器能够很好的实现永磁同步风电系统的低电压穿越。 【关键词】：海上风电 永磁同步发电机 低电压穿越 串联动态制动电阻器
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 风力发电发展概况8-12
• 1.3 永磁同步风电系统发展前景12-13
• 1.4 国内外研究现状13-15
• 1.5 论文的主要内容15-16
• 第2章 直驱永磁同步海上风电系统动态建模16-40
• 2.1 风电系统介绍16-18
• 2.1.1 海上风电系统介绍16-17
• 2.1.2 系统模型介绍17-18
• 2.2 风电系统机械动力部分18-23
• 2.2.1 风速模型18-19
• 2.2.2 风力机模型19-21
• 2.2.3 传动链轴系模型21-22
• 2.2.4 浆距控制器模型22-23
• 2.3 永磁同步发电机动态模型23-27
• 2.3.1 永磁同步电机基本方程23-25
• 2.3.2 d、q、0坐标系的永磁同步电机方程25-26
• 2.3.3 永磁同步发电机电磁暂态建模26-27
• 2.4 换流器模型及控制策略27-33
• 2.4.1 换流器模型27-28
• 2.4.2 机侧换流器控制策略28-30
• 2.4.3 网侧换流器控制策略30-33
• 2.5 电网模型33-39
• 2.5.1 并网传输线模型33-34
• 2.5.2 电网模型34-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第3章 直驱永磁同步风电系统低电压特性分析40-56
• 3.1 低电压穿越标准40-43
• 3.1.1 国外低电压穿越标准40-41
• 3.1.2 国内低电压穿越标准41-43
• 3.2 电网电压跌落特性分析43-45
• 3.3 电网电压跌落特性仿真45-51
• 3.3.1 仿真模型介绍45-48
• 3.3.2 考虑限流环节的特性仿真分析48-50
• 3.3.3 取消限流环节的特性仿真分析50-51
• 3.4 低电压穿越技术对比分析51-55
• 3.4.1 卸荷电路52-53
• 3.4.2 储能措施53
• 3.4.3 无功支持53-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第4章 基于串联动态制动电阻器的低电压运行技术研究56-66
• 4.1 低电压穿越解决方案56-57
• 4.2 网侧串联动态制动电阻器特性分析57-60
• 4.2.1 SDBR对永磁同步风电系统的影响57-58
• 4.2.2 SDBR实现方法58-59
• 4.2.3 SDBR控制策略59-60
• 4.3 网侧串联动态制动电阻器的低电压运行特性仿真分析60-62
• 4.4 电网电压跌落情况下的无功支持仿真分析62-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66
• 5.2 展望66-68
• 附录A68-72
• 参考文献72-76
• 在读期间发表的学术论文及研究成果76-77
• 致谢77

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